(57)【要約】【課題】高い発電効率と高い透過率とを両立できる光透過性電極とその製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、光電変換層と、光入射面側電極層と、対向電極層とを具備し、前記光入射面側電極層が前記層を貫通する複数の開口部を有し、かつその膜厚が１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲にあり、前記開口部の１つあたりの面積が８０ｎｍ２以上０．８μｍ２以下の範囲にあり、開口部の開口率が１０％以上６６％以下の範囲にあり、全体の透過率が７００ｎｍにおいて５％以上であることを特徴とする太陽電池を提供する。この電池の光入射面側電極層は、微粒子の単粒子層や、ブロックコポリマーの自己組織化によるドットパターンをマスクにエッチングし、スタンパーを利用して形成させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともｐ型半導体とｎ型半導体とを含む光電変換層と、前記光電変換層の光入射面に形成された光入射面側電極層と、光照射面とは反対側の面に形成された対向電極層と、を具備し、
前記光入射面側電極層および／または光照射面とは反対側の面に形成された対向電極層が前記層を貫通する複数の開口部を有し、かつ、その層厚が１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲にあり、
開口部１つあたりの面積が８０ｎｍ２以上０．８μｍ２以下の範囲にあり、
前記光入射面側電極層の総面積に対する前記開口部の総面積の割合である開口率が１０％以上６６％以下の範囲にあり、
前記光入射面側電極層側から入射し、前記対向電極側に透過する波長７００ｎｍの光の光透過率が５％以上である
ことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
空乏層の少なくとも一部が、前記光入射面側電極層と前記光電変換層の接触面から１０００ｎｍ以内の距離に配置されている、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
隣接する開口部の間の距離の平均値が１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記光入射面側電極層の材料が、アルミニウム、銀、金、白金、ニッケル、コバルト、クロム、銅、およびチタンからなる群から選択される、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記光電変換層が、少なくともｐ型シリコンとｎ型シリコンを含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記光電変換層が、単結晶シリコンあるいは多結晶シリコンからなり、厚さが２０〜２００ｎｍの範囲にある、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記光電変換層が、アモルファスシリコンからなり、厚さが１０〜５００ｎｍの範囲にある、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項８】
光電変換層を形成させる工程と、
前記光電変換層の光照射面側に光入射面側電極層を形成させる工程と、
前記光電変換層の光照射面と反対側に対向電極層を形成させる工程と、を含む太陽電池の製造方法であって、前記光入射面側電極層を形成させる工程が、
金属薄膜層を形成させる工程と、
前記金属薄膜層の少なくとも一部にレジスト組成物を塗布してレジスト層を形成させる工程と、
前記レジスト層の表面に微粒子の単粒子層を形成させる工程と、
前記単粒子層をエッチングマスクとして前記レジスト層をエッチングしてレジストパターンを形成させる工程と、
前記レジストパターンの開口部に無機物質を充填して逆パターンマスクを形成させる工程と、
前記逆パターンマスクをエッチングマスクとして前記金属薄膜層をエッチングすることにより微細な開口部を有する光入射面側電極層を形成させる工程と、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項９】
光電変換層を形成させる工程と、
前記光電変換層の光照射面側に光入射面側電極層を形成させる工程と、
前記光電変換層の光照射面と反対側に対向電極層を形成させる工程とを含む太陽電池の製造方法であって、前記光入射面側電極層を形成させる工程が、
金属薄膜層を形成させる工程と、
前記金属薄膜層の少なくとも一部の表面にブロックコポリマーを含む組成物を塗布してブロックコポリマー膜を形成させる工程と、
前記ブロックコポリマーの相分離を起こさせることでドット状のミクロドメインを生成させる工程と、
前記ミクロドメインのパターンをエッチングマスクとして前記金属薄膜をエッチングして微細な開口部を有する光入射面側電極層を形成させる工程と、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
光電変換層を形成させる工程と、
前記光電変換層の光入射面に光入射面側電極層を形成させる工程と、
前記光電変換層の光入射面と反対側に対向電極層を形成させる工程とを含む太陽電池の製造方法であって、前記光入射面側電極層を形成させる工程が、
金属薄膜層を形成させる工程と、
形成させようとする光入射面側電極の形状に対応した微細凹凸パターンを表面に有するスタンパーを準備する工程と、
前記金属薄膜層の少なくとも一部に前記スタンパーを利用してレジストパターンを転写する工程と、
前記レジストパターンをエッチングマスクとして前記金属薄膜層をエッチングして微細な開口部を有する光入射面側電極層を形成させる工程と
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光透過型太陽電池に関するものである、本発明は、特に、光透過型金属電極を具備した光透過性の高い太陽電池に関するものである。また、本発明は、そのような太陽電池の製造方法にも関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球全体に降り注ぐ太陽光エネルギーは、全世界が消費する電力の１０万倍とも言われており、我々は、特別な工業活動を行わなくても、既に膨大なエネルギー資源に囲まれている。この膨大なエネルギー資源を有効に活用するため、従来から太陽光エネルギーを利用した太陽電池に関する技術の研究が進められている。太陽電池は、この太陽光エネルギーを、人類が利用し易い電気エネルギーに変換する為の装置であり、昨今のエネルギー枯渇問題を解決する重要なキーデバイスとして位置づけがなされている。
【０００３】
ここで、現在生産されている太陽電池は主にシリコン（Ｓｉ）系太陽電池と化合物半導体系太陽電池とに分類できる。シリコン系太陽電池は、シリコン膜の構造によって、単結晶シリコン型、ポリシリコン型、アモルファスシリコン型、および微結晶シリコン型に分類され、また、形態から、積層体型（タンデム型）、薄膜シリコン型、ハイブリッド型などに分類される。なお、これら分類されたシリコン系太陽電池の形態は、変換効率、コスト、加工性能が各々異なるため、用途、設置場所等に応じて適宜選択されている。
【０００４】
持続的に利用可能なエネルギー源としての、太陽電池はそのクリーンさと安全性の観点からも２１世紀に入りなお注目の研究対象である。そして、太陽光が照射されると発電するという基本的機能に加えて、柔軟性を有するフレキシブル太陽電池などのように、付加価値を加えた製品も検討されている。そのような付加価値を有するもののひとつに、太陽光で発電しながら、光を透過する光透過型太陽電池がある。この太陽電池は、シースルー太陽電池とも呼ばれる。この太陽電池は太陽電池そのものが半透明性であるので、建造物の窓等に設置した時に、発電しながら適度な透過性で屋内への直射日光量を低減し、また建物内の冷房効率を上げるなどの効果が期待される。
【０００５】
一方、太陽電池は光を吸収して電気エネルギーに変換するデバイスであるから、より多くの光を吸収することが好ましい。したがって、発電効率の観点からは太陽電池は光透過性でないことが好ましく、一般的な太陽電池は光を透過しにくい。このため従来の光透過型太陽電池は、太陽電池セルを組み込んだモジュールの一部をレーザースクライブやパンチングなどにより開口部を設けたり、複数の太陽電池を間隔をあけて配置することにより隙間を設け、その部位を光透過性とすることにより、太陽電池全体を光透過性にしている。しかしながら、開口率（太陽電池の光入射面に対する開口部の面積比率）をあげることと、発電効率とはトレードオフの関係にあることが明らかである。実際、実用性のある太陽電池として利用することを考えた場合、開口率はせいぜい１０％〜２０％にしかできない。しかし、このような開口率では光透過性は十分とはいいにくく、目視すると明らかに暗く、採光性という面では改良の余地がある。
【０００６】
このような課題に対し、開口部や隙間を設けるのではなく、光電変換層を挟む光入射面側電極および対向電極の双方に、従来の金属膜ではなく、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）などの光透過性がある金属酸化物電極を用い、太陽電池自体に光透過性を持たせる例がある。たとえば、特許文献１においては、アモルファスシリコン層の表裏面にＩＴＯ膜を設け、光透過型太陽電池としている。しかし、ＩＴＯなどの酸化物からなる透明導電膜は、金属電極に比べて導電率が二桁も劣り、金属膜と同程度の導電性を持たせるには、非常に酸化物膜を厚くせざるをえない。その結果、変換効率としては１％弱と、非常に低い値を示すのが一般的であり、実用化にはさらに検討が必要である。また、特許文献２には、このような問題点を改善するために、アモルファスシリコン層の受光面電極をＩＴＯで形成させ、裏面側の電極を透明導電性金属酸化物と薄い半透明な金属膜との積層構造とした太陽電池が提案されている。この太陽電池の効率は約７〜８％であり、前記したような透明導電膜を具備した太陽電池よりも改良されている。しかしながら、光透過率の観点からみると、この太陽電池の光透過率は、波長８００ｎｍにおいて約２８％と比較的大きな値を示すものの、波長７００ｎｍに対しては１０％程度と大きく低下している。すなわち、人間の目の感度があまり高くない赤外領域での光透過率が大きいが、可視光領域では光透過率は改良の余地があった。
【０００７】
以上のように、光透過型太陽電池においては、光透過率と発電効率との間のトレードオフの関係は十分に打破されているとは言いがたい。したがって、この開口率と太陽電池の発電量とのトレードオフの関係を打破するための新しい技術が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平２−３１２２８５号公報
【特許文献２】特開平５−１４０９６号公報
【特許文献３】特開２００１−１５１８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記したような問題点に鑑みて、高い発電効率と高い透過率とを両立できる光透過性電極を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施態様である光透過型太陽電池は、
少なくともｐ型半導体とｎ型半導体とを含む光電変換層と、前記光電変換層の光入射面に形成された光入射面側電極層と、光照射面とは反対側の面に形成された対向電極層と、を具備し、前記光入射面側電極層および／または光照射面とは反対側の面に形成された対向電極層が前記層を貫通する複数の開口部を有し、かつ、その層厚が１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲にあり、開口部１つあたりの面積が８０ｎｍ２以上０．８μｍ２以下の範囲にあり、前記光入射面側電極層の総面積に対する前記開口部の総面積の割合である開口率が１０％以上６６％以下の範囲にあり、前記光入射面側電極層側から入射し、前記対向電極側に透過する波長７００ｎｍの光の光透過率が１０％以上であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の一実施態様による、前記の太陽電池の製造方法は、光電変換層を形成させる工程と、前記光電変換層の光照射面側に光入射面側電極層を形成させる工程と、前記光電変換層の光照射面と反対側に対向電極層を形成させる工程とを含む太陽電池の製造方法であって、前記光入射面側電極層を形成させる工程が、金属薄膜層を形成させる工程と、前記金属薄膜層の少なくとも一部にレジスト組成物を塗布してレジスト層を形成させる工程と、前記レジスト層の表面に微粒子の単粒子層を形成させる工程と、前記単粒子層をエッチングマスクとして前記レジスト層をエッチングしてレジストパターンを形成させる工程と、前記レジストパターンの開口部に無機物質を充填して逆パターンマスクを形成させる工程と、前記逆パターンマスクをエッチングマスクとして前記金属薄膜層をエッチングすることにより微細な開口部を有する光入射面側電極層を形成させる工程と、を含むことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の別の一実施態様による、前記の太陽電池の製造方法は、光電変換層を形成させる工程と、前記光電変換層の光照射面側に光入射面側電極層を形成させる工程と、前記光電変換層の光照射面と反対側に対向電極層を形成させる工程とを含む太陽電池の製造方法であって、前記光入射面側電極層を形成させる工程が、金属薄膜層を形成させる工程と、前記金属薄膜層の少なくとも一部の表面にブロックコポリマーを含む組成物を塗布してブロックコポリマー膜を形成させる工程と、前記ブロックコポリマーの相分離を起こさせることでドット状のミクロドメインを生成させる工程と、前記ミクロドメインのパターンをエッチングマスクとして前記金属薄膜をエッチングして微細な開口部を有する光入射面側電極層を形成させる工程と、を含むことを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、本発明の別の一実施態様による、前記の太陽電池の製造方法は、光電変換層を形成させる工程と、前記光電変換層の光入射面に光入射面側電極層を形成させる工程と、前記光電変換層の光入射面と反対側に対向電極層を形成させる工程とを含む太陽電池の製造方法であって、前記光入射面側電極層を形成させる工程が、金属薄膜層を形成させる工程と、形成させようとする光入射面側電極の形状に対応した微細凹凸パターンを表面に有するスタンパーを準備する工程と、前記金属薄膜層の少なくとも一部に前記スタンパーを利用してレジストパターンを転写する工程と、前記レジストパターンをエッチングマスクとして前記金属薄膜層をエッチングして微細な開口部を有する光入射面側電極層を形成させる工程と、を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光透過型太陽電池に光透過型金属電極としてナノ加工を施した金属薄膜を用いることにより、低抵抗率を維持しながら、透過性が高い光透過型金属電極を用いた太陽電池が提供される。この太陽電池においては、従来波発電効率の低下の原因となっていた光電変換層の薄膜化した際の効率の低減を防ぎ、光透過性が高い光透過型太陽電池が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施態様である太陽電池の概観図。
【図２】本発明の一実施態様である太陽電池の断面図。
【図３】本発明の一実施態様による太陽電池の製造方法を説明するための概念図。
【図４】本発明の一実施態様による太陽電池の製造方法を説明するための概念図。
【図５】本発明の一実施態様による太陽電池の製造方法を説明するための概念図。
【図６】実施例１による太陽電池の製造方法を説明するための概念図。
【図７】実施例２による太陽電池の製造方法を説明するための概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１７】
本発明は、単純な「開口部」または「隙間」に光を通す従来型の光透過型太陽電池とは異なり、特定の構造を有する金属電極を用いることで、高い発電効率を維持しながら光透過性をも達成した太陽電池に関するものである。
太陽電池を光透過性にするためには、一般的に光電変換層自体を非常に薄いものにしなければならず、その場合には十分な光吸収が達成できず、十分な発電もできないことになる。これに対して、本発明者らは特定の構造を有する金属電極を用いることで光電変換層が非常に薄い場合であっても、その特定の構造に由来する効果によって、高い発電効率を得られることを見出した。それは、金属膜に形成された開口部が非常に微細であることによりもたらされる効果であり、形成された開口部のエッジ部分が重要な役割を演じるものと考えられる。
【００１８】
この効果について、以下に詳細に述べる。
【００１９】
図１は、本発明の一実施態様による太陽電池の構造を示すものである。ここで、太陽電池は光入射面側電極１０１と対向電極１０２との間に光電変換層１０３が挟まれた構造を有している。このような用途に用いることができる光電変換層は種々のものが知られており、それらから任意のものを選択することができ、例えば、ｐｎ接合型、ｐｉｎ型などの光電変換層を用いることができる。本発明においては、光吸収を大きくするためにｐｉｎ接合型光電変換層を用いることが好ましい。ここで、本発明の一実施態様による太陽電池は、光入射面に設けられた光入射面側電極１０１が、金属薄膜に開口部１０４を有するメッシュ構造を有することを特徴のひとつとしている。
【００２０】
図２は、図１に示されるような太陽電池の垂直方向の断面図である。ここで、光入射面側電極１０１は金属からなるものであるため、図２に示すように、光電変換層が金属部分で被覆された部分では光が反射して透過せず、開口部のみで光が透過し、光が光電変換層に伝播するのが一般的である。すなわち、電極全体の面積に対する開口部の面積の割合に応じた光が光電変換層に伝播する。そして、この伝播した光の量に応じて電流が発生することが一般的に推定できる。
【００２１】
しかしながら、驚くべきことに、光入射面側電極の構造を特定のものにすることで、光電変換層に伝播した光の量に応じた電流よりも、より多くの電流を発生させることができることを本発明者らは見出した。
【００２２】
光は電磁波であり、伝播する光はＭａｘｗｅｌｌの方程式に従う。金属は固体内の自由電子の働きにより、誘電率が負の値をしめし、光を反射する性質を示す。そのため、電極材として高い導電性を持つことを理由に金属材料を用いようとする場合、光透過率を高く維持するためには非常に薄い膜にせざるを得ず、導電率、膜質ともに十分に安定した結果が得られないのが一般的である。
【００２３】
金属膜に開口を設けた場合、その金属膜に平面波が照射した場合、金属の開口部のエッジに平面波がもつ成分と異なる新しい電場成分が生まれる。これをより、明快に説明するため、以下ではシミュレーションを交えた現象の説明を行う。
【００２４】
Ｍａｘｗｅｌｌの方程式を数値的に解くシミュレーション法に有限時間差分領域法（ＦＤＴＤ法）があるが、このツールを用いると、ナノのサイズの領域で生じる現象を解析することができる。
【００２５】
このツールを用いて、本発明において特定されている金属電極による電場増強効果は以下のように考察できる。
まず、３次元の計算領域を定義し、ここへ基板上に形成された、本発明において特定された構造の金属電極を配置する場合について計算する。ここで光（電磁場）の進行方向をＺ軸方向に沿ったとものとすると、入射光はＴＥ波で電場Ｅｘ成分、磁場Ｈｙ成分のみの単偏光が入射することとなる。
【００２６】
このシミュレーションによれば、平面波が特定構造を有する金属電極にあたるのと同時に、開口部のエッジ部分のごく近傍において、従来の電極では存在しなかった電場のＺ方向の成分、Ｅｚが現われることがわかった。しかも、この電場は金属により近いほど高い値を示し、金属から距離が離れることで、急速に減衰してしまう。強度としては、入射する電場より数倍以上大きな強度を示す。本発明において、太陽電池の発電効率が高くなるのは、この電場Ｅｚによって光電変換に寄与する電場が増強されるためと考えられる。そこで、このエッジの電場Ｅｚ発生メカニズムについて、以下のように考察した。
【００２７】
開口部のエッジで電場Ｅｚが現れたことに対する定性的な説明を考えると、
（１）金属電極に照射された光の電場によって、自由電子が誘起されてプラズマ振動が生じ、
（２）開口部によってその振動が阻害され、自由電子の分布が一様でなくなり、分極のむらが生じ、
（３）その結果、電子密度分布のずれによりエッジに電場が現れる。また、
（４）エッジの両端では位相が正負反対となり、これが周期的に繰り返されることで、電気双極子の振動のようになり表面方向に平行な成分を含めた電磁波が生じ、電極端部付近で電場が増強される、
と考えることができる。
【００２８】
一方、ＦＤＴＤ法ではＭａｘｗｅｌｌの方程式によってのみ計算が行われるので、この現象もＭａｘｗｅｌｌの方程式で説明ができるはずである。
【００２９】
入射光はＴＥ偏向（Ｅｘ，Ｈｙ）の平面波であるため、伝播方向のＥｚ電場は一般的な電極では生じない。しかしながら、本発明において特定された構造を有する金属電極を用いた場合にはシミュレーションにおいてエッジの両端に電場が生じていることから、ｄＥｚ／ｄｔ項がゼロでない値をもつ。Ｍａｘｗｅｌｌの方程式によれば、ｄＥｚ／ｄｔは次のようにかける。
ｄＥｚ／ｄｔ  ＝  １／ε・（∂Ｈｙ／∂ｘ−∂Ｈｘ／∂ｙ）
ここで、εは金属の誘電率である。
【００３０】
この式で、まずＴＥ偏向の平面波にＨｚ成分は存在しないので右辺第二項はゼロとなり無視できる。次に、∂Ｈｙ／∂ｘについては、一般的な場合には、ＨｙはＺ方向へ伝播する平面波なので、Ｘ軸方向には変化量はないためゼロとなる。したがって、ＴＥ波が伝播中には電場Ｅｚは現れないものと考えられる。
【００３１】
しかしながら、エッジの部位においては誘電率εの境界となるＡｌ／空気、あるいはＡｌ／石英界面が存在する。金属内の磁場はｄＨｙ／ｄｔがｄＥｚ／ｄｔに依存し、電場Ｅｘは金属の誘電損失により急激に減少するため、これに付随してＨｙも減少する。また同時に、金属内にわずかに進入した電磁場は屈折率分だけ速度が遅くなる。その一方で、開口部を透過する磁場は、金属の誘電率の影響を受けずに伝播する。したがって、ホール内を通過する磁場Ｈｙと金属内に侵入したＨｙとでは、強度・位相ともにずれが生じてしまうと考えられる。
【００３２】
これにより、前記の式で∂Ｈｙ／∂ｘが（ＦＤＴＤ法の差分近似ではΔＨｙ／Δｘが）、ホールと金属との境界でゼロでない値をとる。これにともなってｄＥｚ／ｄｔ項がゼロでない値をもち、結果として電場Ｅｚが生じるものと考えられる。
【００３３】
なお、数式の上では、空気、石英のみならず金属内部においても、Ｅｚが生じることになるが、金属内部は誘電率が実部も虚部も高いため、金属内でｄＥｚ／ｄｔは非常に小さくなり電場は生じにくいものと考えられる。
【００３４】
次にＥｚの時間変化を考える。Ｅｚを生じさせるのは、ｅｘｐ（ｉωｔ）で伝播するＴＥ平面波であり、Ｅｚもその振動に付随して変化する。
【００３５】
金属電極に入射する光の開口部のＥｘ電場と、金属電極の両端のエッジでのＥｚ電場の位相情報を右図に示した。エッジの左右のＥｚは位相が全く反対であるが、入射するＥｘ電場とほぼ同期して振動していることがわかる。
【００３６】
そして、この誘起されたＥｚ電場の振動で、前記の式に加えて、Ｅｚ電場が関与するＭａｘｗｅｌｌの方程式が得られ、以下のように示せる。
ｄＨｙ／ｄｔ＝−１／μ・（∂Ｅｚ／∂ｘ−∂Ｅｘ／∂ｚ）
ここでμは金属の透磁率である。
【００３７】
これらの関係によって、平面波であった波は金属開口部のエッジでＥｚ電場を生じさせ、その影響で開口透過にはＥｚ成分を含む平面波でない（ｄＥｚ／ｄｔがゼロでない）電磁波を生じさせる。
【００３８】
例えば、シリコンを用いた太陽電池では、光電変換層を主として構成するシリコンが間接遷移型の半導体であるため、直接遷移型半導体に比べて一般に吸収係数が小さい。それは、バンド構造が価電子体の上限と、伝導体の下限がＫ空間で一致していないためである。このため、光電変換層における光吸収を大きくするためには、ｐｎ接合による内蔵電位などが必要となる。
【００３９】
ここで、たとえばシリコン層の上に本発明により特定された構造を有する金属電極が形成された場合を考えると、無数のエッジの界面において、それぞれ大幅な電場増強が生じる。この電場増強効果が、シリコン層のｐｎ接合などに及んで光吸収の効率を向上させる作用をするものと考えられる。したがって、この電場によって、シリコン層の見かけの吸収係数が増加する、あるいは入射するフォトンの吸収が増加する作用があるものと思われる。
【００４０】
以上の推論から、本発明において特定された太陽電池は、その金属電極に設けられた開口部のエッジ部分における電場の増強効果により、光発電効率が改良されるなるものといえる。その結果、十分な発電量を得るために必要な光電変換層の厚みを薄くすることができる。これによって光透過型太陽電池の効率をあげることが可能になり、さらにはこの点は、今後問題となるＳｉ資源枯渇の解消にもつながることが期待される。
【００４１】
前記したような発電効率が改良された光透過型太陽電池は、特定の構造を有することが必要である。以下、その構造を具体的に説明する。
まず、光入射面側電極の構造について説明する。本発明において用いられる光入射面側電極層は、その層を貫通する開口部を有するが、その大きさおよび配置が特定されている。
【００４２】
まず、隣接する二つの開口部の間の距離、言い換えると隣接する二つの開口部に挟まれた光入射面側電極の連続部分の長さは、その平均値が１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましく、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることがより好ましい。これは、開口部の間の距離の平均値が１０ｎｍより小さくなると単一電極の両端に現れる双極子同士が相互作用によって打ち消し合うため電場増強効果が無くなってしまうためである。また、開口部の間の距離の平均値が２００ｎｍより大きい範囲では、双極子同士は相互作用をもたないため電場の強さは一定値となっている。また、電極としての十分な導電性を得るという観点からも開口部の間の距離は１０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００４３】
また、光入射面側電極は、光を透過させるためには開口部の面積が多いほうが有利であるが、一方で光入射面側電極として導電性を高く維持するために、開口部の面積が少ない方が有利である。このような観点から、光入射面側電極層の総面積を基準とした開口部の総面積の割合、すなわち、開口率が１０％以上６６％以下の範囲にある必要があり、２５％以上６６％以下であることが好ましい。
【００４４】
開口部間の距離が上記した範囲である場合、単位面積あたりの電場をより強くするために、端部の長さ、言い換えれば開口部外縁部の長さが長い構造の電極が好ましい。具体的には、開口部の形状が円形であり、かつその開口部が周期的に配置され、かつ開口部の直径が同じ場合には、開口部の間の距離が短いほうが開口部の数が多く、開口部外縁部の長さの合計も長くなり、電場増強効果が強い。一方、開口部の形状が円形であり、かつその開口部が周期的に配置され、かつ開口部の間の距離が同じ場合には、開口部の直径が小さいほうが単位面積当たりの開口部の数が多くなり、開口部外縁部の長さの合計も長くなり、電場増強効果が強いと言える。
【００４５】
ただし、開口部の配列は必ずしも周期的である必要は無く、周期開口、擬周期開口、ランダム開口など、いずれの配置であっても本発明の効果は得られる。故に、本発明は開口部の配列の周期性を限定するものではない。また、開口部の形状も円形に限られない。むしろ、開口部面積が同じであっても、円形よりも星型やＣ字型などの形状であるほうが開口部の外縁部の長さが長くなるので、電場増強効果の点からは有利である。一方、開口部の形状が円形である場合には、電極の製造が容易になるという利点もある。
【００４６】
上記した通り、電場増強効果は開口部の間の距離や、開口部の形状に依存するが、開口部１つあたりの面積が８０ｎｍ２以上０．８μｍ２以下の範囲にあることが必要であり、１０００ｎｍ２以上０．０３μｍ２以下の範囲にあることが好ましい。また、開口部の形状が円形である場合、開口径（開口部の直径）は１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が好ましく、３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることがより好ましい。本発明による太陽電池は、太陽光を利用するものであるが、開口径がこの範囲であるときに、太陽光の波長領域で最も電場増強効果が大きくなる。
【００４７】
また、光入射面側電極の膜厚は、１０ｎｍ〜２００ｎｍの間である必要がある。膜厚が１０ｎｍより小さいと、金属膜の抵抗率が高く、十分な導電性が確保できないために変換効率が低下するため好ましくない。一方、膜厚が２００ｎｍより大きいと、電場増強効果が光電変換層に十分及ばず、光電変換効率改良の効果が得られないことがあるので好ましくない。
【００４８】
上記したような光入射面側電極の構造によって、光入射面側電極の端部（開口部の外縁部）の電場が増強されるが、その電場増強効果が空乏層に及ぶことによって光電変換効率の改良が達成される。このため、空乏層と光入射面側電極との距離が短いことが必要である。具体的には、空乏層の少なくとも一部が、光入射面側電極と光電変換層との接触面から１μｍ以内の距離に配置されていることが好ましく、５００ｎｍ以内の距離であることがより好ましく、３００ｎｍ以内の距離であることがもっとも好ましい。ここで、空乏層とは光によって励起されて電荷分離により電子とホールが生成する領域である。この空乏層は、ｐｎ接合型光電変換層においてはｐｎ接合界面の近傍、ｐｉｎ接合型光電変換層においてはｉ層を中心にｐ層およびｎ層に及ぶ領域に存在する。
【００４９】
以上、本発明の一実施態様による太陽電池の構造を、形状の観点から説明したが、このような構造を構成する材料は、従来知られている任意のものから選択して用いることができる。
【００５０】
本発明において光入射面側電極を構成する金属は、任意に選択される。ここで金属とは、単体で導体であり、金属光沢を有し、延性があり、常温では固体である金属元素からなるもの、およびそれらからなる合金をいう。一実施形態では、金属電極を構成する素材のプラズマ周波数は、入射光の周波数より高いことが好ましい。また、用いようとする光の波長領域において光の吸収が少ないことが望ましい。このような材料として、具体的にはアルミニウム、銀、金、白金、ニッケル、コバルト、クロム、銅、およびチタンなどが上げられ、このうちアルミニウム、銀、白金、ニッケル、またはコバルトが好ましい。しかしながら、前記入射光の周波数より高いプラズマ周波数を有する金属であれば、これらの限りではない。本発明においては、インジウムのようなレアメタルを用いる必要が無く、典型的な金属材料を用いることが可能である。
【００５１】
光電変換層は、ｐ型半導体とｎ型半導体から構成されるものが現在最も流通しており、安価で簡便な製造を行うためにはｐ型半導体とｎ型半導体から構成されることが好ましい。半導体の材料としては、入手が容易なシリコンを材料とすることが望ましく、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどを採用することができる。このようなシリコンからなる光電変換層のひとつとして、ｐ型結晶シリコンとｎ型結晶シリコンとを順次積層して構成されたｐｎ接合型光電変換層が挙げられる。ここで、ｐ型／ｎ型結晶シリコンは、それぞれ単結晶、多結晶、または微結晶のいずれであってもよい。しかしながら、一般に単結晶であると光電変換効率が高く、また多結晶であると生産コストが安価になるというメリットがある。また、ｐ型アモルファスシリコンと、ドーピングされていないｉ型アモルファスシリコンと、ｎ型アモルファスシリコンとを順次積層して構成されたｐｉｎ接合型光電変換層を用いることもできる。このような光電変換層は、製造コストが安価であるほか、高温時に出力が落ちにくいという利点もある。光電変換層の厚さは、その層の光吸収量や、太陽電池全体の光透過率などによって変化する、具体的には、光電変換層が単結晶シリコンあるいは多結晶シリコンである結晶質シリコンからなる場合には、厚さが２０〜２００ｎｍであることが好ましく、光電変換層がアモルファスシリコンからなる場合には、厚さが１０〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００５２】
また、光電変換層を構成する半導体の材料は、シリコンのみに限られず、ＧａＡｓやＣＩＳ系などの化合物半導体を用いることもできる。また、光電変換層の構造は、上記した積層構造に限らず、ヘテロ接合、微粒子により形成されるもの、タンデム型、ドット型、ジャンクション型などを採用することも可能であり、本発明において、光電変換層はその構造は限定されるものではない。
【００５３】
また、対向電極は、その接触する半導体とオーミック接触をとることができる材料であれば任意のものを採用することが出来る。例えば、従来一般的に用いられている。ＩＴＯなどの酸化物材料を用いることができる。具体的には光入射面側電極に用いることができる材料を対向電極にも用いることができる。
【００５４】
逆に本発明の光透過型太陽電池において、本発明の光透過型電極は光入射面とは反対側の面の対向電極層に用いることもできる。このとき、前記光入射面側の透明電極には、ＩＴＯ、ＡＺＯ、またはＴＦＯなどに代表される酸化物系透明電極をもちいることができる。このときは、対向電極層の役割は光、特に可視光を多く透過することである。現在、一般に用いられるシースルー太陽電池は、一部を切削などの方法で切り出し、光を透過できるようにしたものである。この場合、切り出した分だけ光の透過率が高くなるが、その部分は発電に全く寄与しなくなる。本発明の光透過型電極を対向電極に用いると、裏面からの光透過が保障されるため、効率を落とさずにシースルー太陽電池としての透過率が高くなる。
【００５５】
なお、本発明の一実施態様による光透過型太陽電池は、窓などの透明基材に設置されることがある。このため、光電変換層のいずれの面からも光が入射する場合がある。この場合には、いずれの面に光入射面側電極を設けてもよい。本発明において特定された構造を有する金属電極を光電変換層の両側の面に形成させることもできる。このような構造とした場合には、いずれの面から光が入射しても、本発明の効果を奏することができるばかりではなく、対向電極にＩＴＯなどを用いた場合よりも太陽電池の光透過性を高くできるので好ましい。
【００５６】
また、本発明の一実施態様である太陽電池は、光入射面側電極層側から入射し、対向電極側に透過する、波長７００ｎｍの光の光透過率が５％以上であり、さらには１０％以上であることが好ましい。このような光透過率は、従来の太陽電池では達成できないものであった。また、本発明の一実施態様である光透過型太陽電池は、前述したように窓などに設置して室内に採光しながら発電する用途にも用いられる。このために、特定の波長の光ではなく、可視光を広い範囲で透過することが好ましい。このため、波長４５０〜７５０ｎｍの範囲における平均光透過率が５％以上であることが好ましく、１０％以上であることがより好ましい。このような太陽電池の光透過率は、前述したように光電変換層に依存するが、各電極の透過率にも依存する。したがって、光入射面側電極および対向電極の光透過率も低いことが好ましい。具体的には、光入射面側電極および対向電極のそれぞれの、７００ｎｍにおける光透過率が５％以上であることが好ましい。
【００５７】
また、一般的に、反射防止膜や光電変換層裏面の形状工夫などによる、太陽電池の光電変換効率の改良が検討されている。本発明の一実施態様による太陽電池には、これらの改良を本発明による効果を損なわない限り、組み合わせることができる。
【００５８】
次に、本発明の一実施態様である、太陽電池の製造方法について説明すると以下の通りである。
【００５９】
本発明において製造される太陽電池は、光電変換層と、その光電変換層の表面に形成された光入射面側電極と、反対側面に形成された対向電極とを具備している。これらを組み立てる順序は特に限定されず、
（１）光電変換層を形成させてから、その一方の面に光入射面側電極、そして反対側の面に対向電極を形成させる方法、
（２）光入射面側電極、または対向電極の上に、半導体を積層すること等により光電変換層を形成させ、さらに光電変換層の上に対向電極または光入射面側電極を形成させる方法、
のいずれであってもよい。
【００６０】
光電変換層は、用いる半導体の種類によって、任意の方法を用いて形成させることができる。例えば、ｐ型またはｎ型の半導体基板に、不純物を部分的にドープしたり、ほかの半導体の層を蒸着などにより積層することなどにより形成させることができる。また、透明な基板上に電極層を積層し、その上にｐ型、ｎ型またはｉ型の半導体層を積層することで形成させてもよい。
【００６１】
さらには、本発明の実施態様による太陽電池は、光入射面側電極に開口部を有する点に特徴があるが、光入射面側電極の構造は、光電変換層の表面に金属薄膜層を形成させてから開口部を設けてもよいし、あらかじめ開口部を有する金属薄膜を光電変換層上に積層するのであってもよい。
【００６２】
また、光入射面側電極に微細な開口部を形成する方法も任意の方法を用いることができる。例えば、もっとも一般的に知られている方法は、超微細構造を形成することができる電子ビーム露光装置などを用いてエッチングする方法などがある。しかしながら、このような方法によると、製造コストが比較的高くなるという懸念点がある。しかしながら、より安価に微細な開口部を形成させることもできる。
【００６３】
具体的には、
（Ａ）電極のもととなる金属薄膜上にレジストを塗布してレジスト層を形成させ、
そのレジスト層の表面に微粒子の単粒子層を形成させ、
その単粒子層をエッチングマスクとして微細な開口部に対応するレジストパターンを形成させ、
そのレジストパターンの開口部に無機物質を充填して、逆パターンマスクを形成させ、
その逆パターンマスクを介して金属薄膜をエッチングして微細な開口部を形成させる方法、
（Ｂ）電極のもととなる金属薄膜上にブロックコポリマーを含む組成物を塗布して、ブロックコポリマー膜を形成させ、
ブロックコポリマーのドット状のミクロドメインを生成させ、
生成したミクロドメインのパターンを介して金属薄膜をエッチングして微細な開口部を形成させる方法、
（Ｃ）形成させようとする光入射面側電極の形状に対応した微細凹凸パターンを表面に有するスタンパーを準備し、
電極のもととなる金属薄膜上にそのスタンパーを利用してレジストパターンを転写し、
そのレジストパターンを介して金属薄膜にパターンを形成させる方法
などが挙げられる。
【００６４】
これらの方法を図を参照して説明すると以下の通りである。
【００６５】
（Ａ）微粒子をマスクとして用いる方法
本発明の一実施態様であるブロックコポリマーを用いた太陽電池の製造方法を図３を参照しながら説明する。
【００６６】
図３（ａ）示すように、まず、半導体基板として単結晶シリコンからなるｐ型シリコン基板を用意する。ここでは、シリコン基板としてｐ型のものを用いる場合には、不純物としてボロンなどがドープされたものを用いることができる。なお、本発明においては、半導体基板として多結晶シリコンを用いてもよいし、不純物としてボロン以外の一般的に知られている不純物をドープしてもよい。
【００６７】
次に、ｐ型シリコン基板３０１の一方の主面にリン等のｎ型不純物元素を多く含むｎ＋層３０２を形成させる。ここでｎ＋層３０２は、ｎ型不純物元素を拡散させる熱拡散法などにより形成させることができる。
【００６８】
次いで、ｐ型シリコン基板３０１の一方の面上に金属、例えばＡｕ／Ｚｎを真空蒸着により製膜して対向電極層３０４を形成させる。このＡｕ／Ｚｎ膜である対向電極層３０４は、対向電極と反射膜とをかねさせることもできる。
【００６９】
この後に、太陽光の光入射面にあたるｎ＋層３０２上に、微細開口部を有する光入射面側電極３０５Ａを作製する。
【００７０】
次に、ｎ＋層３０２上に、微細開口を有する光入射面側電極としてアルミニウムからなるナノメッシュ構造を有する光入射面側電極を作成する。ここでは、基板上に細密充填構造に配向された微粒子の単粒子層を形成させ、配列したナノ粒子をエッチングによって任意のサイズに縮小してドットパターンを作成する方法を用いる。この配向されたドット状パターンを金属薄膜３０５に転写することで、開口部を有する光入射面側電極３０５Ａとして用いることができる。その光入射面側電極の具体的な作成方法を説明すると以下の通りである。
【００７１】
まず、前述のシリコン基板ｎ＋層の主面上にアルミニウム等を真空蒸着により製膜して、金属薄膜３０５を形成させた（図３（ａ））。
【００７２】
次に、金属薄膜３０５上にレジスト組成物を塗布し、さら加熱して、熱硬化反応させる。これによりレジスト層３０６が得られる。
【００７３】
さらに、このレジスト層３０６の表面を、反応性リアクティブエッチング処理する。この処理により、レジスト層の表面が親水化され、以後の分散液塗布時の濡れ性を改善させることができる（図３（ｂ））。言い換えると、表面の親水化された層は、この後にシリカ粒子を捕捉するトラップ層として機能する。このようなトラップ層は、レジスト層の表面に有機ポリマーを塗布することなどにより形成させることもできる。
【００７４】
次に、例えば粒子径が２００ｎｍであるシリカ微粒子を含む分散液を、前記レジスト層が形成させた基板上に塗布して分散液層３０９を形成させ（図３（ｃ））、さらに加熱してアニール処理を行う。この処理により、シリカ微粒子の最下層粒子のみが前記親水化処理したレジスト層に沈み込む（図３（ｄ））。その後、室温冷却することでレジスト層が再度硬化し、微粒子最下層のみが基板表面に捕捉される（図３（ｅ））。ここでは、微粒子としてシリカ微粒子を用いたが、後述するようなエッチングの速度差を達成できるものであれば、無機または有機の任意の微粒子を用いることができる。また、微粒子の大きさは目的とする光入射面側電極の形状に応じて選択されるが、一般的には１００〜７００ｎｍのものが選択される。
【００７５】
次に、シリカ微粒子単粒子膜に対して、エッチングを行う（図３（ｆ））。このプロセスでシリカ微粒子がエッチングされ半径が小さくなることで、隣接していた粒子間に隙間が生じていく。エッチング条件は下地のレジスト層はほとんどエッチングされることがないものを選択する。そのようにエッチングの速度差があることで、シリカ微粒子のみをエッチングして粒子の間に隙間を形成させることができる。
【００７６】
次に、残ったシリカ微粒子をエッチングマスクに用いて、下地の熱硬化性レジストをエッチングする。
【００７７】
以上の結果、初期にシリカ微粒子があった部位に、アスペクト比の高い柱状のレジストパターン３０６Ａが得られる（図３（ｇ））。
【００７８】
次に、スピンオングラス（以下、ＳＯＧという）の溶液を、前記柱状レジストパターン上に塗布し、加熱する。これによりレジストパターンの間の隙間にＳＯＧが充填される。
【００７９】
次に、柱状レジストパターン上のＳＯＧおよびシリカ微粒子をエッチングにより除去し、柱状レジストパターン３０６Ａとその隙間にＳＯＧ３０９が充填された構造を形成させる（図３（ｈ））。
【００８０】
次に、残った柱状の熱硬化性レジスト３０６Ａをエッチングにより除去する。この工程によって、前記柱状レジストパターンを反転した構造のＳＯＧマスク３０９Ａを金属薄膜３０５上に作成する（図３（ｉ））。
【００８１】
次に、金属薄膜３０５を前記ＳＯＧマスク３０９Ａを介して、エッチングする。以上の工程によって、前記ｎ＋層状に、微細な開口を有する光入射面側電極３０５Ａを形成させる。このようにして、本発明の一実施態様である太陽電池を得ることができる（図３（ｊ））。
【００８２】
（Ｂ）ブロックコポリマーを用いた方法
本発明の一実施態様であるブロックコポリマーを用いた太陽電池の製造方法を図４を参照しながら説明する。
【００８３】
まず、ｐ型シリコン基板４０１の一方の表面に、ｎ＋層４０２を形成させて光電変換層４０３を形成させる。次いで、ｐ型層の上に金属を真空蒸着により製膜して対向電極層４０４を形成した。
【００８４】
次いで、光電変換層４０３のｎ＋層の上に、レジスト組成物を塗布したのち、加熱により熱硬化反応させてレジスト層４０５を形成させる（図４（ａ））。
【００８５】
次に、ＳＯＧ溶液を、前記レジストを塗布した基板上に塗布したのち、加熱によりＳＯＧ層４０６を形成させる（図４（ｂ））。
【００８６】
次に、ポリスチレン−ポリメチルメタクリレートのジブロックコポリマーと、ポリメチルメタクリレートのホモポリマーとを含むブロックコポリマー溶液を準備する。この溶液を前記の基板上に塗布してブロックコポリマー層４０７を形成させる。さらに加熱することにより、ジブロックコポリマーを相分離させることにより、ポリメチルメタクリレートのマトリックス４０７Ａ中にポリスチレンのドット状のミクロドメイン４０７Ｂがされるモルフォロジーが得られる（図４（ｃ））。ここではブロックコポリマーとして、ポリスチレン−ポリメチルメタクリレートのほかに、ポリスチレン−ポリブチル（メタ）アクリレート、ポリスチレン−ポリヘキシル（メタ）アクリレートなどのポリスチレンとアクリル樹脂のブロックコポリマー、ポリスチレンとポリエチレンオキシドのブロックコポリマー、ポリスチレンとポリブタジエンもしくはポリイソプレンのブロックコポリマーなどポリスチレンとゴムの化合物が上げられる。またポリスチレンの代わりに、ポリαメチルスチレン、ポリビニルナフタレン、ポリビニルピリジン、ポリヒドロキシスチレンなども用いることができる。これらのポリマーは、発明者らによる特許文献３に開示がある。
【００８７】
次に、ジブロックコポリマー層４０７をエッチングして、ブロックコポリマーのポリメチルメタクリレートのマトリックスを選択的に除去する。このとき、ポリスチレンのドット４０７Ｂはエッチングされない条件を選択する。この処理によりポリスチレンのドットの間の部分のＳＯＧ層を露出させる（図４（ｄ））。次に、残ったポリスチレンをマスクに用いてＳＯＧ層をエッチングする。このエッチングにより、ポリメチルメタクリレートのマトリクッスだった部位の下地のＳＯＧ層が選択的にエッチングされ、ポリスチレンのドット形状がＳＯＧ層に転写されて、ブロックコポリマーの相分離に応じたＳＯＧのパターン４０５Ｂが形成される（図４（ｅ））。ついで、このＳＯＧマスク４０５Ｂに、下地のレジスト層をエッチングして、ポリスチレンがあった部位に、柱状のパターン４０５Ｂを形成させる（図４（ｆ））。
【００８８】
できあがった柱状のパターンに抵抗加熱蒸着法でアルミニウムなどの金属を蒸着させ。その後、柱状のパターン部位を除去することにより、光入射面側電極４０８に所望の開口部を有する、本発明による太陽電池（図４（ｇ））を製造することができる。
【００８９】
（Ｃ）ナノインプリントによる方法
本発明の一実施態様であるナノインプリントを用いた太陽電池の製造方法を図３を参照しながら説明する。
【００９０】
まず、（Ａ）と同様の方法により、ｐ型シリコン基板５０１の一方の表面に、ｎ＋層５０２を形成させて光電変換層５０３を形成させる。さらに、光電変換層の上に金属薄膜を製膜して対向電極層５０４を形成した。この光電変換層５０３のｎ＋層の上に、アルミニウムを真空蒸着により製膜して、金属薄膜５０５を形成させる（図５（ａ））。
【００９１】
レジスト組成物を金属薄膜５０５上に塗布し、加熱により熱硬化反応させ、レジスト層５０６を形成させる（図５（ｂ））。
【００９２】
このレジスト層５０６に、鋳型であるスタンパー５０７を用いて本発明において特定された開口構造に対応した微細凹凸パターンを転写する（図５（ｃ））。
【００９３】
スタンパーは、例えば石英上に電子線リソグラフィーにて所望の構造を形成させることにより製造することができる、そのほか、本発明で提案する太陽電池の製造方法では、スタンパーの材料及びスタンパーの微細凹凸構造作成手法は限定されない。例えば、スタンパーを前述した微粒子を用いた方法や、ブロックコポリマーを用いた方法により形成することも可能である。
【００９４】
前記レジスト層に前記スタンパーを、必要に応じて加熱しながら押し付け、放冷後、離型することでレジスト層にスタンパーの逆パターンを転写させる。これにより、柱状突起５０６Ａを有する開口レジストパターンが作成される(図５（ｄ）)。
【００９５】
なお、本発明は、熱ナノインプリントに限定されるものではなく、光インプリントやソフトインプリントなど、種々のインプリント技術を用いて同様のパターンを形成しても汎発明が提供する太陽電池の機能を損なうものではない。
【００９６】
このレジストパターンマスクとして、金属薄膜５０５のエッチングを行って金属薄膜に開口部を形成させることにより、本発明の一実施態様である太陽電池を得ることができる（図５（ｅ））。
【００９７】
なお、これらの（Ａ）〜（Ｃ）の方法のほか、金属薄膜を形成させる前に、光電変換層の上に直接レジストや無機物質によるパターンを形成させ、その隙間に金属を蒸着などにより堆積させて光入射面側電極とすることもできる。この場合には、レジストや無機物質によるパターンをエッチングやアッシングなどにより除去し、さらに開口部の直下部をエッチングなどにより除去することで本発明の一実施態様である太陽電池を製造することができる。
【００９８】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００９９】
実施例１（アモルファスシリコン型太陽電池）
本例では、本発明の一実施形態であるアモルファスシリコン型太陽電池の作製方法について説明する。図６は、本発明の実施形態に係る開口部を有する光入射面側電極層を用いたアモルファスシリコン型太陽電池の断面図である。
【０１００】
アモルファスシリコン型太陽電池は、結晶シリコンを用いた太陽電池と異なり、光の吸収係数が大きく、吸収層を薄膜化することが可能である反面、単にｐｎ接合を形成した場合、アモルファスシリコン内の構造欠損等により、キャリアのトラップ、および再結合が生じやすいという欠点があることも知られている。そこで、アモルファスシリコン型太陽電池では、ｐ型シリコン層とｎ型シリコン層との間にドーピングを行わないノンドープシリコンからなるｉ層を形成させたｐｉｎ構造とすることが多い。このｉ層中で光を吸収させ、ホールと電子に分離したキャリアは、ｉ層内にかかる電場により、それぞれｎ層、またはｐ層までたどり着き、起電力を発生させる。また、前述の通り、アモルファスシリコン型太陽電池では、光照射面の全面に渡ってコンタクトがとれるように、電極を全面に渡って形成させることが好ましい。この点において、光電変換層と直接コンタクトが取れ、さらに本発明において特定された構造を有する金属電極によって実現される電場の増強効果による変換効率の上昇が大きく寄与する。その結果、従来の結晶シリコン型太陽電池に比較して１／２〜１／１０までの薄膜化が可能となる。
【０１０１】
まず最初の工程として、光透過性を有するガラス基板７０１上に本発明において特定された構造を有する金属電極７０２を作製する（図６（ａ））。ここでは、ブロックポリマーを用いた手法により、光透過型金属電極層７０２を作成した。作成された金属電極層は、厚さ５０ｎｍ、平均開口面積９．８×１０3ｎｍ２（開口径１１２ｎｍ）、平均開口率２８．４％、の開口を有するアルミニウムからなるメッシュ構造を有するものであった。
【０１０２】
次に、この透明基板を分離形成型のプラズマＣＶＤ装置に入れ、各々に求められる物性に応じたガスを選択し、アモルファスシリコン膜であるｎ層７０３、ｉ層７０４、およびｐ層７０５を製膜した。すなわち、Ｂ２Ｈ６とＳＨ４混合ガスによりｎ型シリコン層であるｎ層を、ＳＨ４ガスによりｉ型シリコン層であるｉ層を、ＰＨ３とＳｉＨ４混合ガスによりｐ型シリコン層であるｐ層を、順次堆積させ、光電変換層を形成させた（図６（ｂ））。なお、各層の形成は不純物混入を避けるためそれぞれ独立したチャンバー内で行われた。そしてＣＶＤ装置から取り出した素子について、続いてスパッタ装置によって、上記のｎ層上にスパッタリングによりＩＴＯ層７０７を製膜した（図６（ｃ））。
【０１０３】
以上の手順によって、光透過型アモルファスシリコン型太陽電池が作製された。作製した太陽電池にＡＭ１．５の擬似太陽光を照射した際の室温における特性をソーラシミュレータ（低エネルギー分光感度測定装置、マキ製作所）を用いて評価した。その結果、変換効率は７．５％、７００ｎｍにおける透過率が１５％と良好な値を示した。
【０１０４】
実施例２
光透過性を有するガラス基板７０１上に本発明において特定された構造を有する金属電極７０２を作製する（図７（ａ））。ここでは、ここでは、ブロックポリマーを用いた手法により、第１の光透過型金属電極層７０２を作成した。作成された金属電極層は、厚さ５０ｎｍ、平均開口面積９．８×１０３ｎｍ２（開口径１１２ｎｍ）、平均開口率２８．４％、の開口を有するアルミニウムからなるメッシュ構造を有するものであった。
【０１０５】
次に、この透明基板を分離形成型のプラズマＣＶＤ装置に入れ、各々に求められる物性に応じたガスを選択し、アモルファスシリコン膜であるｐ層７０５、ｉ層７０４、およびｎ層７０３を順次堆積させ、光電変換層を形成させた。なお、各層の形成は不純物混入を避けるためそれぞれ独立したチャンバー内で行われた。そして、ＥＢ蒸着装置を用いてアルミニウムを５０ｎｍ蒸着して金属薄膜層７０７を形成させた（図７（ｃ））。
【０１０６】
次に、前述の微粒子をマスクとして用いる方法により作成された鋳型を作成した。この鋳型を使い、電鋳法によりニッケルスタンパーを作成した。金属薄膜層７０７０形成後の基板上にレジストを塗布し、スタンパーを押し付け、熱ナノインプリント法により、レジストパターンを作成した。ナノインプリントによりレジストパターンが得られた後、ＩＣＰ−ＲＩＥで塩素ガスを用いてエッチングを行い、第２の光透過型金属電極層７０７Ａを形成させた（図７（ｄ））。作成された金属電極層は、厚さ５０ｎｍ、平均開口面積１．３×１０５ｎｍ２（開口径４００ｎｍ）、平均開口率３８％、の開口を有するアルミニウムからなるメッシュ構造を有するものであった。この第２の金属電極層の上に、ＣＶＤを用いて酸化膜をさらに堆積させた。
【０１０７】
実施例１と同様、作製した太陽電池にＡＭ１．５の擬似太陽光を、第１の光透過型金属電極層側から照射した際の室温における特性を用いて評価した。その結果、変換効率は８．３％、７００ｎｍにおける透過率が１３％と良好な値を示した。
【符号の説明】
【０１０８】
１０１  光入射面側電極
１０２  対向電極
１０３  光電変換層
１０４  開口部
６０１  ｐ型半導体
３０２  ｎ＋層
３０３  光電変換層
３０４  対向電極
３０５  金属薄膜
３０５Ａ  光入射面側電極
３０６  レジスト層
３０７  トラップ層
３０８  シリカ微粒子
３０９  スピンオングラス
４０３  光電変換層
４０７  ブロックコポリマー層
４０７Ａ  ポリメチルメタクリレートのマトリックス
４０７Ｂ  ポリスチレンのドット状のミクロドメイン
４０８  光入射面側電極
５０６  レジスト層
５０７  スタンパー
【図１】
2010219408.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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